Гидроэлектростанции в особых климатических условиях

Санкт-Петербург
2022

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО

Инженерно-строительный институт

Высшая школа гидротехнического и энергетического строительства

Ю. С. Васильев   Г. Л. Козинец

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ  
В  ОСОБЫХ  КЛИМАТИЧЕСКИХ  
УСЛОВИЯХ

Монография

Санкт-Петербургский
политехнический университет
Петра Великого

УДК 621.311.2(075.8)
ББК 31.57 
 
В19

Р е ц е н з е н т ы:  
Доктор технических наук, профессор, профессор  
Самарского государственного экономического университета  
М. И. Базальников 
Доктор технических наук, профессор,  
заведующий кафедрой «Гидроэнергетика и гидравлика»  
Ташкентского государственного технического университета  
М. М. Мухаммадиев

Васильев Ю. С. Гидроэлектростанции в особых климатических условиях : 
монография / Ю. С. Васильев, Г. Л. Козинец. – СПб. : ПОЛИТЕХ- 
ПРЕСС, 2022. – 168 с.

В монографии рассматриваются основные тенденции развития  
гидроэнергетического строительства в особых климатических условиях, 
приводятся характерные примеры основных сооружений гидроузлов 
и их компоновки, а также данные, которые могут быть использованы при 
проектировании малых ГЭС.
Предназначена для студентов и аспирантов, обучающихся по специальности «
Гидротехническое строительство».

Табл. 27. Ил. 67. Библиогр.: 37 назв.

Печатается по решению 
Совета по издательской деятельности Ученого совета 
Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

© Васильев Ю. С., Козинец Г. Л., 2022
© Санкт-Петербургский политехнический
 университет Петра Великого, 2022
ISBN 978-5-7422-7842-9

doi:10.18720/SPBPU/2/id22-251

Saint Petersburg
2022

The Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation

PETER THE GREAT
ST. PETERSBURG POLYTECHNIC UNIVERSITY

Institute of Civil Engineering

Graduate School of Hydraulic and Power Engineering

Peter the Great 
St.Petersburg Polytechnic 
University

Y. S. Vasilyev   G. L. Kozinets

HYDROELECTRIC  
POWER  PLANTS 
IN  SPECIAL  CLIMATIC 
CONDITIONS

Monograph

© Vasilyev Y. S., Kozinets G. L., 2022
© Peter the Great St. Petersburg 
 Polytechnic University, 2022

R e v i e w e r s:  
Doctor of Engineering, professor, professor  
at Samara State Economic University M. I. Bazalnikov 
Doctor of Engineering, professor,  
head of the Department «Hydropower and Hydraulics»  
of Tashkent State Technical University M. M. Mukhammadiev

Vasilyev Y. S. Hydroelectric power plants in special climatic conditions : 
monograph / Y. S. Vasilyev, G. L. Kozinets. – St. Petersburg : POLYTECH-
PRESS, 2022. – 168 p.

The monograph discusses the main trends in development of hydropower 
construction in special climatic conditions, it provides typical examples of the 
main structures of hydroelectric facilities and their layout, as well as data that 
can be used in the design of small hydropower plants.
It is intended for undergraduate and postgraduate students in the major 
“Hydraulic Engineering”.

Tables 27. Figures 67. References: 37 titles.

Printed by the Publishing Council 
of Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University Academic Council.

ISBN 978-5-7422-7842-9

doi:10.18720/SPBPU/2/id22-251

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
6

Гл а в а  1. Особенности природных условий  . . . . . . . . . . . . . . .  
9
1.1. Характеристика основных типов климата . . . . . . . . . . .  
9
1.2. Водные ресурсы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  12

Гл а в а  2. Общая характеристика  
гидроэнергетического строительства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  19
2.1. Развитие гидроэлектроэнергетики . . . . . . . . . . . . . . . . .  19
2.2. Учет при проектировании условий  
эксплуатации энергетического оборудования  
в тропическом климате  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  22

Г л а в а  3. Основные сооружения и компоновка гидроузлов . .  29
3.1. Характерные типы сооружений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  29
3.2. Гидроузлы стран Азии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  55
3.3. Гидроузлы стран Африки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  68
3.4. Гидроузлы стран Южной и Центральной Америки . . .  79

Гл а в а  4. Малые гидроэлектростанции  . . . . . . . . . . . . . . . . . .  94
4.1. Классификация малых ГЭС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  94
4.2. Схемы использования малых водотоков  
в энергетических целях  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  110
4.3. Гидроагрегатные блоки малых ГЭС . . . . . . . . . . . . . . . .  113
4.4. Энергетические показатели малых ГЭС  . . . . . . . . . . . .  121

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  127
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  130

ВВЕДЕНИЕ

Гидроэнергетика является одним из перспективных направлений 
расширения энергетической базы развивающихся стран. 
Использование возобновляющегося энергоресурса, возможность 
водохозяйственного строительства ирригационных и воднотранспортных 
сооружений, объектов водоснабжения населения и промышленности 
вблизи водохранилищ создают благоприятные  
условия для строительства гидроэлектростанций.
Природные условия для гидроэнергетических объектов всегда 
уникальны, поэтому их необходимо учитывать при разработке 
схем использования водной энергии, проектировании гидротехнических 
сооружений, выборе основного и вспомогательного 
оборудования ГЭС.
Использование гидроэнергетического потенциала в большинстве 
стран всегда актуально, поэтому целевая подготовка инженеров-
гидроэнергетиков будет способствовать ускорению этого  
процесса. Возведение гидроэлектростанций имеет не только энер- 
гетическое, но и комплексное значение для развития экономики  
стран. Подготовка специалистов указанного профиля в Санкт- 
Петербургском политехническом университете Петра Великого 
(СПбПУ) ведется с учетом специфики природных, экономических 
и социальных условий. Это способствует решению практических 
задач гидроэнергетики в процессе курсового и дипломного  
проектирования и их более быстрой адаптации к работе после 
окончания вуза.
Учет основных особенностей климата при проектировании 
ГЭС направлен на решение проблем охраны природы в процессе 
гидроэнергетического строительства, которые сильно отличаются 
от проблем районов с умеренным климатом, где гидроэнергетика  

накопила большой положительный опыт технического развития, 
в отдельных случаях –  негативный как результат невнимания 
к экологическим факторам природопользования.
Развитие экономики стран, природные и демографические 
факторы позволяют рассматривать создание малых ГЭС как 
одно из наиболее перспективных направлений гидроэнергетики. 
Возможность рассредоточения энергоисточников без создания 
дорогостоящих линий электропередач, малые сроки строительства, 
комплексное использование искусственных водохранилищ,  
меньшая интенсивность антропогенного воздействия на окружаю- 
щую природу создают благоприятные условия для массового 
строительства малых ГЭС. Оптимальное сочетание объектов малой 
и большой гидроэнергетики позволяет решать современные 
задачи в настоящее время и долгосрочные задачи развития энергетики 
и экономики в целом.
Требующие дальнейшего обобщения многогранные вопросы 
гидроэнергетического строительства в особых климатических 
условиях рассматриваются в многочисленных публикациях и выходят 
за рамки данной монографии. Иностранные студенты,  
обучающиеся в СПбПУ, найдут в монографии экономико-географические 
и гидрологические данные о реках, а также об опыте 
проектирования и строительства гидроэлектростанций в развивающихся 
странах тропической зоны. В данной работе впервые 
сделана попытка обобщения необходимых сведений о гидро- 
энергетике стран этой зоны, для которой характерно как строи- 
тельство уникальных объектов, подобно крупнейшим в мире 
гидроэлектрическим станциям Итайпу, Гури, Тукуруи и др., так 
и освоение малых рек. С этой целью в гл. 4 пособия более подробно 
изложены методы выбора гидротурбинного оборудования 
малых ГЭС (МГЭС).
Применительно к средним и крупным установкам (при отсутствии 
достаточных исходных данных по конкретным объектам) 
в курсовых и дипломных проектах, разрабатываемых иностранными 
студентами, авторы монографии рекомендуют использовать 
аналоги, для этого в монографии в таблицах приводятся  

параметры ряда гидроэлектростанций тропической зоны Африки, 
Азии, Южной и Центральной Америки.
В технической литературе о ГЭС достаточно полно освещен 
опыт отечественной гидроэнергетики, однако недостаточно обобщен 
опыт строительства и эксплуатации ГЭС в странах, относящихся 
к тропическому поясу нашей планеты.
В монографии была использована нормативная документация 
и научная литература в данной области [28–34]. Монография будет 
полезна студентам и аспирантам, специализирующимся в области 
гидроэнергетики, гидротехники и общей энергетики.

Г л а в а  1 

ОСОБЕННОСТИ  ПРИРОДНЫХ  УСЛОВИЙ

1.1. Характеристика основных типов климата

Тропическая зона земного шара, включающая экваториальную 
область, располагается в пределах параллелей 30° Cеверного 
и Южного полушарий. В ее границах находятся Африка, Центральная 
Америка, Южная Америка (исключая ее южную оконечность) 
и большая часть Южной Азии. Протяженность области тропического 
климата с севера на юг составляет около 7000 км, а площадь 
суши –  80 млн км2. В пределах этой зоны выделяют четыре основных 
типа климата: тропический влажный (ТВ); тропический сухой (ТС); 
умеренно влажный субтропический (УВС); высокогорный холодный 
(ВХ). Включение области умеренно влажных субтропиков в данную 
классификацию объясняется сходством отдельных элементов гид- 
рометеорологического режима этой зоны с сухими тропиками.
Параметры климата внутри каждой области имеют временные 
и пространственные различия. При районировании сложно учесть 
все местные особенности. Поэтому территории со сходными гид- 
рометеорологическими характеристиками объединяют в одну климатическую 
область с выделением основного типа климата. Распределение 
основных типов тропического климата приведено на схеме 
(рис. 1.1).
В зоне влажного тропического климата располагаются обширные 
территории Амазонской низменности в Южной Америке, 
Центральная Америка, побережье Гвинейского залива Африки 
и бассейн р. Конго (Республика Заир), южные районы полуостровов 
Индостан и Индокитай, острова Малайского архипелага, Океании 
и северное побережье Австралии.

Характерная черта ТВ –  высокая температура воздуха в течение 
всего года, как правило, не превышающая 40 °C, обильные, 
нередко продолжительные осадки и большое испарение влаги 
с поверхности земли. Для этой зоны среднегодовая сумма осадков 
составляет 2000–4000 мм. В южной и центральной частях Америки, 
в Африке, на юге и юго-востоке Азии, на островах Малайского 
архипелага есть территории, где сумма осадков значительно превышает 
среднегодовые значения этой зоны. Наиболее влажными 
являются районы г. Черапунджи (Индия), Кибдо (Колумбия) и д. 
Дебунджа (Камерун, Африка), где в год выпадает 14  000–22  000 мм 
осадков.
Наряду с обильно увлажненными районами в пределах зоны 
ТВ встречаются территории, где заметно проявляется засушливость. 
Сухой период характеризуется значительным сокращением 
осадков или полным их отсутствием. Примером может служить 
район Яунде (Камерун, Африка), где в зимний период выпадает 
всего 30–35 мм, а в дождливые весенние и осенние месяцы 200–
300 мм осадков.

Рис. 1.1. Схема распространения основных типов климата  
тропической зоны

Данные примеры показывают, что среднегодовые величины 
не отражают истинное распределение осадков в год. Если коэффициенты 
вариации годовых сумм осадков составляют 0,5–0,6, то их 
значения для месячных сумм могут достигать 1,2–2,0. В отличие 
от температурного режима, который характеризуется устойчивостью 
и постоянством среднемесячных и среднегодовых значений 
температуры воздуха, осадки являются одним из наиболее изменчивых 
элементов влажного тропического климата.
Область сухого тропического климата занимает обширные пространства 
тропической зоны. Характерными особенностями этих 
районов являются большие суточные и годовые колебания температуры 
и относительной влажности воздуха, большая солнечная 
радиация и минимальные осадки при длительных, абсолютно сухих 
периодах.
Наиболее жарко и сухо в африканской Сахаре, внутренних районах 
Азии (пустыня Тар, нижнее течение р. Инд), где значения максимума 
температуры воздуха превышают 50 °C, а величина суммар- 
ной радиации достигает 200–220 ккал/см2. Аналогичные условия 
наблюдаются и в засушливых областях Южной Америки. Внутригодовая 
и месячная изменчивость термического режима, относительной 
влажности воздуха и других факторов, которые характерны для 
этой области, тем не менее не оказывает существенного влияния 
на годовые суммы осадков. Их величина варьируется от 0–50 мм 
в год в Африке и Южной Америке до 100 мм в Азии. Осадки в области 
сухого тропического климата отличаются большой изменчивостью, 
а коэффициенты вариации значений достигают 1,5–2,0. 
На отдельных территориях при норме 50 мм осадков в год в отдельные 
годы может выпасть 150 мм осадков и более, но эти явления 
редки, а их обеспеченность составляет около 1 %.
Область умеренно влажного субтропического климата характеризуется 
умеренно жарким, сухим или умеренно теплым и влажным 
летом. Период осадков в одних районах приходится на осенне-зимний 
период, в других –  на летний. Первый тип УВС характерен для 
северного побережья Африки и юго-восточной части Южной Америки, 
где в летний период наблюдается значительное уменьшение